基于雙余度的一種智能配電裝置設計

張玲杰

（上海交通大學 上海市 200030）

基于雙余度的一種智能配電裝置設計

張玲杰

（上海交通大學 上海市 200030）

該智能配電裝置的特點是體積小、功率密度高。它獨特地采用了雙余度平臺控制系統，大大提高了系統任務的可靠性。制作了原理樣機并進行了試驗驗證，結果表明雙余度設計切實可行，達到預期目的，具有高可靠性。

智能配電裝置；雙余度；可靠性

引言

智能配電裝置是由較早的固態二次配電裝置改進而來，其相對于固態二次配電裝置結構更緊湊、重量更輕、重心更低、功率密度大幅提高、配電分布更合理。智能配電裝置的電源部分和控制部分均采用了DSP[2]雙余度設計，大大提高了系統任務的可靠性。當然，它也能夠實時獲取負載的運行狀態，具備健康診斷和主動實時監控功能，并可以根據針對不同的負載特性進行精確的保護控制，達到安全可靠運行的目的。

1 總體框圖

如圖1所示，智能配電裝置包括由相互獨立的A平臺模塊和B平臺模塊組成，其中，A平臺的控制部分為主控制平臺，B平臺的控制部分為備份控制平臺。A、B平臺之間采用相似雙余度熱備份的工作機制，當A平臺控制失效時，能夠切換到B平臺，確保所有固態功率控制器保護功能和性能不損失。當B平臺控制失效時，能夠切換到A平臺，確保所有固態功率控制器保護功能和性能不損失。智能配電裝置的供電電源由A平臺電源模塊和B平臺電源模塊經過二極管或之后輸出，確保供電電源正常。

圖1 智能配電裝置總體框圖

A平臺模塊和B平臺模塊分別有電源模塊、控制模塊和多路固態功率控制器組成。

2 系統整體功能實現

如圖1所示，智能配電裝置由相互獨立的A平臺模塊和B平臺模塊組成。其中，A平臺模塊包括電源模塊（21）、控制模塊（41）和n路固態功率控制器（81）。B平臺模塊包括電源模塊（31）、控制模塊（61）和n路固態功率控制器（81）。A平臺的控制模塊為主控制平臺，B平臺的控制模塊為備份控制平臺。A、B平臺之間采用相似雙余度熱備份的工作機制，當A平臺控制失效時，能夠切換到B平臺，確保所有固態功率控制器保護功能和性能不損失。當B平臺控制失效時，能夠切換到A平臺，確保所有固態功率控制器保護功能和性能不損失。

外部控制電源1（1）經過電源模塊（21）輸出工作電源V3（22）給主控模塊和2n路固態功率控制器（81）供電，外部控制電源2（3）經過電源模塊（31）輸出工作電源V4（32）給主控模塊和2n路固態功率控制器供電，實現供電電源的雙余度，確保系統供電的可靠性。

A平臺的控制模塊（41）和B平臺的控制模塊（61）通過外部通訊總線1（10）或外部通訊總線2（11）接收綜合管理計算機（9）的指令執行各個直流負載（14）的開通和關斷，完成多路固態功率控制器（81）的控制和數據傳輸功能。外部通訊總線1（10）和外部通訊總線2（11）兩路總線之間互為熱備份。A平臺的控制模塊（41）接收外設硬線超控信號（5）的超控信號開通關斷各路直流負載（14），且A平臺的控制模塊（41）對外部離散量信號（7）經過隔離、處理后進行外部狀態信號的采集。B平臺的控制模塊（61）接收外設硬線超控信號（6）的超控信號開通關斷各路直流負載（14），且B平臺的控制模塊（61）對外部離散量信號（8）經過隔離、處理后進行外部狀態信號的采集。A平臺的控制模塊（41）通過內部通訊總線（42）與固態功率控制器（81）通訊，同時采集固態功率控制器（81）的上傳數據來完成直流負載（14）供電狀態監控和供電保護。

固態功率控制器（81）之間相互獨立，相互隔離，具有過載、短路、超溫等保護功能。固態功率控制器（81）的通斷命令可以通過兩種方式實現，一是綜合管理計算機（9）通過軟件指令方式實現；一是通過外設硬線超控信號來實現，超控功能主要用于應急狀態（智能配電裝置的控制模塊與固態功率控制器通訊失效）下對負載開關的直接控制。將超控信號接地，關斷SSPC通道；將超控信號接28V，開通SSPC通道。超控的形式包括：開通超控、關斷超控、開通關斷超控，可以根據不同負載的需要采用不同的超控形式。

3 總結

智能配電裝置是以計算機技術、功率電子技術[3]和通訊技術為基礎，對多路機載電氣負載提供開關控制、安全用電保護和智能監控功能的新一代智能配電管理系統。其主要實現了：

（1）結構與熱設計技術：通過降低功率器件的功耗、控制系統的電源功耗，散熱需求、屏蔽需求和模塊化結構設計相結合的方式減少智能配電裝置的體積和重量，從而提高系統的功率密度；

（2）冗余技術：外部總線、DSP處理器、輔助電源采用雙余度設計；

（3）容錯技術：具有自檢測、故障隔離和故障信息反饋功能，還具有狀態鎖定、歷史時間記錄功能；

（4）固態功率控制器（SSPC）[4]健康診斷和故障辨識技術：采用靜態與動態相結合的狀態和故障在線檢測技術；

（5）固態功率控制器的保護功能技術：SSPC具有I2T過流保護功能、熱記憶保護功能、短路立即保護功能、重合閘保護功能、感性負載續流保護功能、容性負載與短路判別功能、上電輸出保護功能、狀態鎖定功能、CPU失效時總線保護功能；

（6）負載適應性技術：固態功率控制器模塊根據不同負載（阻性、容性、感性、白熾燈、電動機）的特性設計了各種保護電路。

[1]周梅.飛機現代配電技術的研究[D].南京：南京航空航天大學，1998，3.

[2]顧衛鋼.手把手教你學DSP：基于TMS320X281x.北京航空航天大學出版社，2011，4.

[3]丁道宏.電力電子技術[M].北京：航空工業出版社，1992.

[4]袁旺.一種遠程直流負載控制器，專利號：200710712765.3.

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1004-7344（2016）25-0050-01

2016-8-21